考虑环空液体热力学特征的持续环空带压预测模型研究

气井持续环空带压已成为影响井筒完整性重要原因。为此,基于传热学及流体力学相关理论,充分考虑温压耦合作用对环空液体热膨胀系数、压缩系数影响,建立了持续环空带压预测模型。基于塔里木盆地克深气田高压气井-A井现场实测数据进行了模型对比分析,并利用所建模型对A井进行了环空压力诊断及可调控因素分析。结果表明：所建立模型预测数据更具参考价值,模型平均精度达96.06%;A井环空压力稳定值为82.22 MPa,漏点最大流量为1 931.23 m³/d,环空压力恢复过程中环空气柱高度随时间增加呈先增大后减小趋势;预留一定环空气柱高度、压力及降低环空温度有利于降低环空压力恢复速度,气柱高度变化量与初始气柱高度及压力呈负相关,与初始环空温度呈正相关。所建模型可为现场气井持续环空带压预测、管理提供有效指导。     

页岩气井环空带压安全风险定量评价方法研究

针对页岩气开发过程中井筒完整性失效引发的环空带压问题,开展了页岩气井井筒环空带压安全风险定量评估研究。基于模糊综合评判理论,充分考虑页岩气井的井筒实体屏障、流体屏障、运行管理等实际情况,建立了以环空压力、固井质量和地层完整性3个关键风险指标为依据的页岩气环空带压井安全风险评估方法,在某页岩气田进行了应用,对19口环空带压井的风险值和风险度进行了定量评估,并根据风险评价结果,从环空最大许可带压值确定、环空带压诊断、环空带压监测管理等方面给出了一套页岩气井环空带压安全管控推荐作法,研究成果为页岩气井的安全生产提供了重要的技术指导。     

页岩气井环空带压临界控制值计算方法

页岩气井由于大规模压裂导致井筒完整性破坏而引起大量环空带压问题，严重影响页岩气井的安全生产。针对页岩气井环空带压问题，基于API RP 90-2环空带压临界控制值计算方法，考虑页岩气井储层压力、产量变化、腐蚀以及磨损等因素，分析实际生产中环空各组件承压能力随服役时间的变化情况，建立了页岩气井环空带压临界控制值计算方法及环空带压控制图版，并进行了实例计算。研究结果表明，页岩气井环空带压临界控制值在服役早期主要受井口装置、技术套管承压能力影响，到服役后期时，随着腐蚀及地层压力降低，主要受油管薄弱点抗外挤强度影响，且随服役时间、腐蚀速率增加而不断降低，当环空带压控制值小于地层压力时，需要对环空压力值进行监测并采取相应措施，以保证现场安全生产。     

储气库井油套环空压力影响因素分析

针对储气库注采井密闭环空带压问题,开展了储气库注采井在生产管柱内温度、压力变化时,密闭环空压力计算模型的研究。首先,根据储气库现场实际简化井身结构,建立了密闭环空分析模型。其次,采用管柱弹性力学平面应变理论、物质的热胀冷缩性质及流体PVT状态方程,建立了数理解析模型。最后,根据某井的基础数据得出储气库注采井生产管柱内温度变化是形成密闭环空压力的主要影响因素这一认识;在只考虑温度、压力变化对保护液影响的情况下,可以满足现场工程要求,误差小于5%,计算结果与现场数据吻合较好。计算方法便于现场的环空压力快速预估。     

气井环空带压对水泥环力学完整性的影响

受井下作业、油套管或封隔器泄漏等因素产生的井口环空带压,使高温高压气井水泥环密封完整性面临巨大 挑战。为此,基于弹性力学多层厚壁圆筒理论和摩尔库仑失效准则,建立了水泥环应力和失效计算模型,研究了环空 带压对水泥环胶结面应力和失效的影响。结果表明,环空带压将增大水泥环胶结面的切向拉应力,过大的切向拉应力 将导致水泥环失效。与此同时,井筒温度增加产生的切向拉应力也会增大水泥环失效风险。环空带压越大,水泥环安 全系数越低,且温度效应对安全系数的影响较小。对高温高压气井,可根据井身结构（地层水泥环套管）参数建立 水泥环安全系数图版,从而为确定合理的最大允许环空带压值提供依据,研究结果对提高气井井筒安全性、延长开采 寿命具有重要意义。     

基于环空带压的地下储气库老井泄露量预测研究?

针对老井渗透率难以获得的难题,建立了求解老井渗透率的环空带压数学模型,并给出其解析解。在此基础上,根据渗流力学理论,建立了真实描述天然气沿老井泄露的气水两相渗流模型,并采用全隐式解法进行求解。基于该模型研究了储气库运行压力、井筒渗透率、天然气黏度和井眼尺寸等参数,对储气库天然气沿老井泄漏的影响。计算结果表明,天然气沿老井的泄漏量随着储气库运行压力、老井渗透率和井眼尺寸的增加近似线性增加,随着天然气黏度的增加而逐渐减小。     

考虑腐蚀的环空带压井生产套管安全评价

对于含腐蚀性流体（CO2、H2S 等）高温高压高产气井,一旦油套环空出现环空带压现象,封隔器以上生产套管
将暴露在腐蚀环境中。受腐蚀、环空带压的相互作用,生产套管的服役寿命面临巨大挑战。研究了最大允许环空带压
值的计算方法,结合实验室套管材质腐蚀速率测试数据,开展了考虑腐蚀缺陷的套管安全服役寿命评估。同时,研究
了环空带压、环空带压与腐蚀相互叠加工况下套管的安全服役寿命。通过服役寿命设计,评估给定开采周期油套管剩
余强度及安全状况,在有限的开采周期内,既要保证井筒本质安全,又降低开采成本。对于高温高压含腐蚀性气体的
气井,一旦油层套管采用碳钢材质,则需要关注环空保护液的腐蚀测试,优选环空保护液体系,强化环空保护液的安全
监管,避免由于套管的过度腐蚀而遗留安全隐患。     

多级压裂水泥环界面密封失效数值模拟

四川地区页岩气开发过程中环空带压现象严重,严重影响页岩气井的高效开发,因此准确了解页岩气井多级压裂过程中固井界面微环隙的产生机理具有重要意义。考虑到页岩气改造压裂级数多的特点,采用有限元方法,基于内聚力单元,构建了周期载荷作用下的水泥环界面密封性评价数值模型,研究了多级压裂过程中的水泥环界面胶结失效演变规律。研究结果表明:第一次循环结束后,后期循环加载过程中水泥环界面位移的累计增长程度较小,控制水泥环初次加载过程中的塑性变形可以提高维持水泥环密封完整性的压裂次数;降低水泥环弹性模量,适当提高水泥环的泊松比可以有效增加水泥环的长期密封能力,进而降低多级压裂过程中油气井环空带压的现象。研究成果可为页岩气井多级压裂过程中油气井环空带压的有效控制提供理论参考。     

高压气井修井挤压井井筒流动模型

塔里木油田克深气田超深、高温、高压,部分气井在生产过程中环空异常带压,若长期监控生产,井控风险大,需要进行压井以便开展修井作业。高压气井修井挤压井作业过程井筒流动规律复杂,压井风险高。考虑压井过程井筒-地层复杂耦合流动,建立了高压气井挤压井数学模型,模型预测结果与实测数据吻合较好,能够满足高压气井挤压井施工设计的需要。通过数值计算,分析了高压气井挤压井作业井筒流动规律及影响因素。研究表明,挤压井过程中井底压力和油压对地层渗透率、储层厚度、地层压力、压井液排量等参数较为敏感,储层渗透率和厚度越低,地层压力越高,压井井底压力和油压越高。压井液排量越大,压井持续时间越短,产生的井底压力越高。挤压井作业需根据储层渗透率、厚度及地层压力等参数,确定合理的压力液排量等施工参数,在保证压井成功高效的前提下,避免压漏地层。     

天然气空井压井排量的一种计算方法

 根据流体力学理论,压井排量对流体摩阻具有重要影响。针对天然气空井的压井计算,基于已有相关模型,将压井排量作为未知数,考虑了压井排量对摩阻的影响,改进了空井救援井压井的拟瞬态模型,并通过数学计算软件得到压井排量的计算方法。数值计算结果表明:压井排量随着压井液密度的增大而减小,随着井眼尺寸的增大而增大,随着井深的增加而减小;实例验证的误差控制在1%以内,表明该计算方法可以达到现场精度要求,对后续类似井的压井作业具有一定的指导意义。     

环形狭缝过热气传热试验研究

对以去离子水为工质的过热气流过电加热的环形狭缝进行了换热试验，试验结果表明：环形狭缝中的过热气热交换参数与普通圆管有着显著的不同，随着狭缝间隙的减小，狭缝中的换热得到了增强，当内，外管热流密度相等时，内管换热系数大于外管换热系数，并且此时环形狭缝的换热能力最强，应用试验结果和多元线性回归方程，拟合出适合试验数据的经验关系式。     

密闭环空热膨胀压力全尺寸模拟实验

为了验证多层密闭环空热膨胀压力预测模型的准确性和适用性,更深入地探究油气井筒传热与环空压力之间的关系,有必要开展全尺寸环空压力模拟实验研究.通过设计符合油气井身结构特点和现场工况的双环空井段实验装置,模拟高温热流体在不同循环温度、循环流量和循环时间的条件下对密闭环空温度和压力造成的影响,分析实验中环空压力随温度增量的变化关系,验证理论模型结果的适用性.结果表明:双环空升温阶段,A环空比B环空升温增压速率更快,温度压力峰值更高;由于环空流体中含有部分无法消除的可压缩溶解气体,导致环空压力上涨幅比环空温度要小;提出环空压温比的概念来评估环空流体产生压力的能力大小,其中纯水受热膨胀产生的环空压温比最高,自然散热前期环空压温比更能反映流体产生热膨胀压力大小;实验测试数据与模型计算结果偏差均在10％以内,满足理论和现场实际需求.可见在实际计算中应该参考实验数据,考虑环空流体特性和气体压缩性质,提高预测精度.     

水合物藏钻探中的环空多相流溢流特性研究

含天然气水合物相变的环空多相流动问题是天然气水合物藏钻探过程中井筒流体力学问题的一个关键．考虑天然气水合物的相变,建立了溢流期间环空各相流体的连续性方程、动量方程以及能量方程．模拟计算结果表明：溢流期间,天然气水合物的生成区域会随着循环流量的增大或抑制剂浓度的提高而减小,可通过增大流量和抑制剂浓度使水合物的生成区域脱离海底,减小防喷器管线被堵塞的危险;水合物的生成使环空中气体体积分数降低,泥浆池增量减小,给溢流检测带来延迟;当检测到有气侵发生时,水合物藏分解速率比较小时,井筒中生成水合物的可能性要比分解速率大的情况下更为严重;水合物相变对井底压力的影响较小,在工程中计算井底压力时可以忽略;由于天然气水合物的生成使得关井套压值不能真实反应气侵情况,而且随着时间的增加情况会更加严重．     

竖直环形通道内的两相流摩擦阻力研究

在竖直环形通道内，对以空气一水为工质的两相流摩擦阻力进行了研究。试验压力为：０．１～０．１５ＭＰａ，质量含气率为０．１８～０．８０．在试验及理论分析的基础上提出了一种计算环形通道内摩擦阻力的方法，通过分析和比较，表明该方法具有较高的精确度。     

深水环空圈闭压力的破裂盘泄压控制模型

井筒高温流体在生产过程中,向密闭环空传热引起的环空圈闭压力上升现象是深水油气开采面临的主要问题之一。为了保障井筒安全,结合深水油气井的生产实际,基于拟稳态传热以及耦合压力体积的环空压力计算方法,建立了多环空圈闭压力预测模型。根据破裂盘工作原理,建立了由内向外和由外向内的破裂盘打开阀值确定方法。以西非某井为例,对生产过程中井筒温度和环空压力进行预测。套管强度校核结果表明,正常生产过程中,表层套管和技术套管存在胀破风险;在生产套管的环空泄压或者掏空后,生产套管存在挤毁风险。采用破裂盘技术后,各层套管均满足校核的要求。因此,破裂盘技术可有效实现套管的保护,对深水油气资源安全开采具有重要意义。     

水平井筒变质量环空流压降分析模型

在常规管道环空流流型压降分析的基础上 ,考虑管壁存在入流或出流对于环空流流型压降的影响 ,对气、液两相分别应用质量守恒方程和动量守恒方程 ,得到水平井筒气液两相变质量流动环空流流型的压降计算方法 .计算结果表明 :水平井筒气液两相变质量流动环空流流型的压降大于常规水平管道的压降 ;入流量越大 ,压降越大 ;管径越大 ,压降越小 ;要计算整个水平段压力分布 ,还需要结合井筒的流型判别以及其它流型的压降计算方法     

水下气体射流技术的柱形与环形结构仿真分析

为了探究不同形态射流的关联异同,以N-S方程为控制方程,选用Standard K-epsilon湍流模型,采用有限体积法与多相流界面捕捉方法 VOF模型,在二维矩形计算域内,对速度为100 m/s的柱形与环形水下气体射流进行数值模拟研究,探究两种不同形态的射流的发展和关联。研究结果表明:选用模型正确,成功模拟出射流初期气泡的演化过程;柱形与环形水下气体射流虽然在形态发展历程与物理规律上基本一致,但在射流初始形态、轴向发展速度等方面存在差异;同时发现在射流过程中存在卷吸作用。数值模拟结果给出了实验中无法测量的压力场变化、流体流动方向等流场结构,为该技术的实验开展以及在工程领域的广泛应用起到了很好的帮助作用。     

转炉环缝洗涤器两相流动阻力特性数值模拟

针对转炉煤气环缝洗涤器内复杂两相流动和换热问题建立了三维物理、数学模型,进行了大量的数值模拟计算,得到不同煤气流量、环缝行程以及水气比工况下转炉环缝洗涤器内多相流动和传热的阻力特性数据,揭示了转炉环缝洗涤器内多相流场特性和各个影响因素对阻力特性的影响规律,推导出转炉环缝洗涤器阻力特性计算的经验关系式.